▲  a) 본 연구에서 쓰인 고분자 강유전체와 유기물 반도체를 이용한 강유전체 메모리의 구조 그림 (b) 반도체 물질의 AFM 표면 (c) 유연 기판 위에서의 소자 표면 SEM (d) 약 500 μm의 곡률 반경의 휘어진 상태의 소자 사진 및 SEM 확대 사진 (e) 유기 반도체 QQT(CN)4와 강유전 고분자 PVDF-TrFE 다층 박막의 X-선 회절 분석 (f) 유기 반도체 QQT(CN)4의 결정 구조 (g) PVDF-TrFE 표면 위에서 QQT(CN4) 구조 시뮬레이션

[동양뉴스통신] 육심무 기자 = 연세대 박철민, 이형석 교수 지도도 김한기, 김해진 박사과정 연구원과  일본 및 프랑스 연구진이 참여한 연구국제공동 연구진이 소자의 유연성과 변형에 대한 저항을 극대화한 차세대 폴더블(foldable) 비휘발성 유기 메모리 소자를 개발했다.

이번에 개발된 소자는 간단한 용액공정으로 제작 가능하고 종이처럼 접을 수 있어 향후 착용하는 컴퓨터 등의 디스플레이, 통신 및 저장 장치 소자 개발에 기여할 전망이다.

이번 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 4월8일자에 주목받는 논문(featured article)으로 소개되었다.
     (논문명: Non-volatile organic memory with sub-millimetre bending radius)

▲  연세대 박철민 교수

연구팀은 강유전체 고분자 물질을 이용하여, 휘어질 뿐만 아니라, 종이처럼 접은 상태에서도 정상적으로 동작하는 폴더블 비휘발성 유기 메모리 소자를 개발했다.

기존 연구와는 달리 연구팀은 메모리 소자에 사용되는 강유전체 고분자와 유기물 반도체 간의 접합부분(계면)에서 기계적 특성에 대한 상호 적합성에 초점을 두고, 실험을 통해 최적의 물질을 선택함으로써 고도의 유연성과 함께 접을 수 있는 소자를 개발했다.

이 메모리 소자는 용액공정으로 제작할 수 있으며, 구현된 소자는 1000회의 접힘에도 불구하고 메모리로서 안정적인 전기적 특성을 보였다.

접을 수 있는 메모리 소자의 개발과 더불어, 연구팀은 휘어지는 메모리 연구에 있어, 소자의 유연성은 구성하는 물질들 사이의 적합성이 중요하며, 물질 각각의 기계적 특성이 좌우한다는 것을 알아냈다.

얇은 막으로 이뤄지는 메모리 소자의 기계적 물성을 분석하기 위해 나노인덴테이션(누르는 자극, 경도, 영률, 강성 측정) 및 나노스크래치(긁는 자극, 두 물질 사이의 계면 특성 분석) 기법을 착안하였으며, 유사한 연구들에 도움이 될 것으로 기대한다. 

▲  김한기 박사과정 연구원

강유전체(외부 전기장이 가해지지 않아도 전기양극이 생기는 현상을 유지하는 물질) 메모리는 전압으로 절연막으로 이용되는 강유전체를 조절하여 읽기와 쓰기를 하는 소자로, 휘어지는 유연한 메모리 소자에 대한 수요가 증가하고 있으며, 속도가 빠르고 전원 없이도 정보가 지워지지 않는 강유전체를 이용한 유연한 메모리 개발에 대한 연구가 활발하다.

고분자를 이용한 휘어지는 메모리는 그동안 여러 차례 개발되었지만, 휘어지는 정도가 수 밀리미터(㎜) 수준이었으며, 조금 변형되었다가 다시 원래대로 돌아오는 탄성변형의 형태로 다양한 환경에 노출되는 차세대 웨어러블 전자 소자에 응용하기에는 한계가 있었다.

한폄, 연구에서의 접힌 후에도 작동하는 유기 전자 메모리 소자의 구현과 소자 구조 내의 재료의 기계적 특성에 대한 연구 및 분석을 바탕으로 보다 높은 신뢰성과 안정성을 가진 폴더블 유기 전자 메모리를 설계할 수 있을 것으로 예상된다.  

이는 다양한 형태의 차세대 웨어러블 전자 소자의 개발 및 연구에 있어 중요한 원천기술이 될 것으로 기대된다.